Сцинтилляционный детектор
Полезная модель относится к области ядерной физики, в частности, к измерению излучений с помощью сцинтилляционных детекторов. Техническим результатом полезной модели является формирование универсальных детекторов с преобразователями излучения любого типа с эффективной площадью или объемом, определяемыми только затуханием света в светопереизлучающих элементах, уменьшение количества фотоприемников по сравнению с количеством преобразователей излучений, считывание сцинтилляционного сигнала с преобразователей, окруженных со всех сторон другими преобразователями. Технический результат достигается тем, что преобразователи излучения расположены в точках пересечения трехмерной координатной сетки. Преобразователи излучения соединены с соседними линейными светопереизлучающими элементами, закрепленными на них с оптическим контактом. 1 с.п.ф. 2 илл.
Полезная модель относится к области регистрации ионизирующих излучений, в частности, с помощью сцинтилляционных детекторов, может применяться в установках, предназначенных для обнаружения делящихся веществ, в частности, в портальных мониторах.
Известен ряд сцинтилляционных детекторов:
Световолоконный сцинтилляционный детектор, содержащий сборку сцинтилляционных волокон, предназначенных для регистрации гамма-излучения, и фотоприемное устройство, находящиеся в оптическом контакте друг с другом. Сборка сцинтилляционных волокон содержит волокна для регистрации тепловых нейтронов и волокна для регистрации быстрых нейтронов и помещена в оболочку с внутренним светоотражающим покрытием. Фотоприемное устройство состоит из двух фотоприемников. Патент Российской Федерации 
2323453, МПК7: G01T 3/20, 2008 г.
Устройство для считывания сцинтилляционного сигнала, содержащее светосборник в виде пластины из прозрачного материала, по крайней мере, одно светопереизлучающее волокно, два фотодиода и электронную плату с двумя усилителями-дискриминаторами и схемой совпадений. Светосборник покрыт светоотражающим, установленным с зазором, а затем светозащитным материалами. Патент Российской Федерации на полезную модель 77053, G01T 1/20, 2008 г.
Координатно-чувствительный детектор, содержащий блок сцинтиллирующих оптических элементов со светопереизлучающими волокнами, на торцах которых расположены фотодиоды, фотодиоды снабжены выводами для соединения со схемами регистрации сцинтилляционных вспышек, отличающийся тем, что блок выполнен в виде, по крайней мере, одной сцинтиллирующий пластины, содержащей, по крайней мере, на одной стороне параллельный ряд светопереизлучающих волокон, фотодиоды светопереизлучающих волокон расположены на торцах пластины и подключены к схеме регистрации с выходным регистром. Патент Российской Федерации 2351954, G01T 3/06, 2009.
Известен двухкоординатный детектор, преобразователь излучения в котором выполнен в виде сцинтиллирующей пластины с закрепленными на ней на разных плоскостях рядами светопереизлучающих волокон, расположенных перпендикулярно друг другу, а фотодиоды светопереизлучающих волокон расположены на торцах пластины и подключены к схеме регистрации с выходным регистром. Патент Российской Федерации 2353952, G01T 3/06, 2009. Прототип.
Аналоги и прототип имеют общий недостаток: регистрируют ограниченное число видов излучения, требуют большого количества фотоприемников, количество которых пропорционально площади или объему детектора, не имеют возможности целенаправленно изменять спектр излучения или преобразовывать его в другой вид излучения для получения дополнительной информации об излучении или для повышения эффективности регистрации.
Данная полезная модель устраняет указанные недостатки.
Техническим результатом полезной модели является формирование универсального сцинтилляционного детектора, содержащего преобразователи излучения любого типа, создание детектора, эффективная площадь или объем которого определена только затуханием света в светопереизлучающих элементах, уменьшение количества элементов фотоприемников или самих фотоприемников по сравнению с количеством преобразователей излучений, считывание сцинтилляционного сигнала с преобразователей, окруженных со всех сторон другими преобразователями.
Технический результат достигается тем, что в сцинтилляционном детекторе, содержащем N преобразователей излучения с закрепленными на них рядами светопереизлучающих волокон и фотоприемники, преобразователи излучения расположены в точках пересечения трехмерной координатной сетки, каждый преобразователь излучения последовательно соединен с соседними, по крайней мере, по двум направлениям координатной сетки линейными светопереизлучающими элементами, закрепленными на каждом преобразователе излучения с оптическим контактом, причем преобразователи излучения и линейные светопереизлучающие элементы покрыты светоотражающим и светозащитным материалами.
Сущность полезной модели поясняется фиг.1, 2.
На фиг.1 изображено устройство трехмерного сцинтилляционного детектора, содержащего N преобразователей излучения, где: 1 - преобразователи излучения, 2 - светопереизлучающие элементы, 3 - фотодетекторы, 4 - преобразователь, положение которого определено при срабатывании фото детекторов 3. Светопереизлучающие элементы расположены в параллельных плоскостях вдоль взаимно-перпендикулярных сторон преобразователей излучения.
На фиг.2 изображено устройство трехмерного сцинтилляционного детектора, содержащего N преобразователей излучения, где: 1 - преобразователи излучения, 2 - светопереизлучающие элементы, 3 - фотодетекторы, 4 - преобразователь, положение которого определено при срабатывании фото детекторов 3. Светопереизлучающие элементы расположены в параллельных плоскостях, причем в одной плоскости вдоль стороны преобразователя излучения, а в другой стороны по ее диагонали. Преимущество диагонального расположения спектропереизлучающих элементов состоит в большей площади оптического контакта с преобразователем излучения и улучшения из-за этого светосбора, примерно, в 1,41 раза.
Рассмотрим работу устройств. Преобразователи излучения 1, выполнены в виде кубиков и не имеют оптического контакта между собой. Каждый преобразователь излучения 1 имеет контакт с двумя скрещивающимися во взаимно-перпендикулярных направлениях светопереизлучающими элементами 2. При возникновении сцинтилляционной вспышки в преобразователе 4 фотоны от этой вспышки попадают в два скрещивающихся светопереизлучающих элемента 2, где переизлучаются и распространяются по светопереизлучающим элементам 2 к их торцам за счет полного внутреннего отражения от покрытия из светоотражающего материала. Фотоны, пришедшие на торцы светопереизлучающих элементов 2, регистрируют фотодетекторами 3. Положение преобразователя излучения 4, в котором произошла сцинтилляционная вспышка, определяют по номерам фото детекторов 3, на которых сигнал появился практически одновременно.
Преобразователи излучения 1 покрыты светоотражающим материалом для увеличения количества фотонов, попадающих в светопереизлучающие элементы 2 и светозащитным материалом, чтобы свет не попал в соседние преобразователи излучения 1 и соответствующие им светопереизлучающие элементы 2.
Светопереизлучающие элементы 2 выполняют из пластмассового сцинтиллятора со спектросмещающими добавками, покрыты оболочкой из прозрачного материала, обычно из полиметилметакрилата, с коэффициентом преломления меньшим, чем пластмассовый сцинтиллятор, для увеличения количества фотонов, транспортируемых к фотодетекторам 3. Для уменьшения числа фотонов, которые могут попасть в соседние светопереизлучающие элементы 2, там переизлучиться и попасть в соседние фотодетекторы 3, светопереизлучающие элементы 2 экранируют друг от друга светонепроницаемым материалом.
В качестве фотодетекторов 3 используют двухкоординатные ФЭУ или фотодиоды. В случае фотодиодов для уменьшения влияния их собственных шумов фотодиоды попарно включают по схеме совпадений.
Преобразователи излучения 1 выполняют из различных материалов, что позволяет регистрировать любой вид излучения. Для регистрации рентгеновского и гамма излучений в состав детектора вводят преобразователи излучения 1 из прозрачных сцинтилляторов: NaI, CsI, BGO, BaF 2 и других. Для регистрации тепловых нейтронов вводят пластмассовый сцинтиллятор с добавками бора или слои сцинтиллятора на основе изотопа лития-6 (Li6FZnS) или бора-10. Для регистрации быстрых нейтронов и гамма излучений вводят преобразователи на основе пластмассовых сцинтилляторов.
Тип преобразователей излучения 1, их количество, размер, форма и расстояние между ними определяют исходя из требований к системе регистрации. Ограничения на указанные параметры накладывают эффективность сбора света с преобразователя излучения 1 на светопереизлучающий элемент 2 и длина затухания света в светопереизлучающих элементах, которая достигает нескольких метров.
Для уменьшения числа каналов регистрации, в том числе, количества фотодетекторов 3 преобразователи излучений 1 располагают на расстоянии друг от друга. При этом для получения дополнительной информации об излучении или повышения эффективности регистрации путем изменения спектра излучения или его преобразования в другой вид излучения промежутки между преобразователями излучения 1 заполняют одним или несколькими материалами. При регистрации быстрых нейтронов путем их замедления и регистрации замедлившихся нейтронов с помощью преобразователей излучения 1 из сцинтиллирующей пластмассы с добавками бора или содержащих слои сцинтиллятора на основе изотопа лития-6 (Li 6FZnS), или бора-10 промежутки заполняют водородосодержащим веществом, например, полиэтиленом, который эффективно замедляет быстрые нейтроны. При регистрации гамма излучения промежутки заполняют веществом с большим зарядом ядра, например свинцом, который преобразует гамма излучение в более мягкое излучение и электроны, которые повышают эффективность регистрации.
Сцинтилляционный детектор, содержащий N преобразователей излучения с закрепленными на них рядами светопереизлучающих волокон и фотоприемники, отличающийся тем, что преобразователи излучения расположены в точках пересечения трехмерной координатной сетки, каждый преобразователь излучения последовательно соединен с соседними преобразователями излучения линейными светопереизлучающими элементами, закрепленными на каждом преобразователе излучения с оптическим контактом, причем преобразователи излучения и линейные светопереизлучающие элементы покрыты светоотражающим и светозащитным материалами.
